매우 큰 무게를 들 수 있는 나노시트 액추에이터
러트거스 대학(Rutgers University)의 연구진은 이산화몰리브덴(MoS2) 나노시트로 전기화학적 액추에이터를 만들었고, 이것은 자기 무게의 150배까지 들어올 수 있었다. 이 장치는 최대 1Hz로 작동되는데, 이것은 유사한 장치에서 달성된 것보다 큰 수치이다.
전기를 운동으로 전환시키는 것은 로봇 공학에서부터 약물 전달까지 다양한 분야에서 필요하고, 이것은 액추에이터라는 장치로 구현된다. 이번에 사용된 MoS2는 흑연과 유사한 구조를 가지고 있어서 층 사이의 결합이 약하다. 이것은 나노시트를 쉽게 박리할 수 있다는 것을 의미한다.
이 장치의 원리는 이온 삽입(ion intercalation)으로 인한 기계적 변형이다. 양이온은 적절한 이온 용액에 넣을 때 MoS2 속에 삽입된다. 이온은 음으로 대전된 나노시트를 가깝게 끌어 당겨서 물질을 수축시킨다. 이로 인해서 수직적으로 길어진 구조가 형성된다.
시스템에 전압을 인가함으로써, 길이가 변화되고 이로 인해서 기판에 변형이 발생된다. 이것은 액추에이터가 구부려지게 한다.
이번 연구진은 0.2 Hz에서 8,000 회 이상의 반복한 후에 곡률을 측정했고, 분해의 흔적이 없다는 것을 발견했다. 이것은 장치가 전기화학적 및 기계적 피로에 강하다는 것을 의미한다.
이 기술은 인상적인 것임에 틀림없지만, 이온 용액 속의 액추에이터가 유용한 장치로 어떻게 탄생시킬 것인지는 고민해봐야 할 문제이다.
이 연구결과는 저널 Nature에 “Metallic molybdenum disulfide nanosheet-based electrochemical actuators” 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/nature23668).
